沙漠高溫超長預(yù)應(yīng)力后張樓板混凝土抗裂施工技術(shù)

張 偉

（中鐵十八局集團有限公司天津國際工程分公司，天津300222）

0 引言

混凝土取材廣泛、價格低廉、強度高、耐火性好、養(yǎng)護成本低，是目前全球建筑領(lǐng)域應(yīng)用最多的施工材料。從結(jié)構(gòu)上而言，混凝土是一種多相、非均質(zhì)的脆性人工材料。但也具有明顯的缺點，比如：抗拉能力比較差、脆性大、容易開裂等，在施工中受到的影響因素比較多，任何一個環(huán)節(jié)控制不當(dāng)都會引發(fā)裂縫。常見的裂縫有荷載裂縫、溫度裂縫、結(jié)構(gòu)裂縫等。需要結(jié)合實際工程的具體概況，并有針對性地采取防控措施，才能把裂縫控制在允許范圍內(nèi)。在沙漠高溫環(huán)境下超長預(yù)應(yīng)力后張樓板施工中，裂縫的防控具有很強的綜合性，需要從控制施工環(huán)境溫度、混凝土振搗抹面養(yǎng)護、拌和水溫度、水泥摻和料配比、預(yù)應(yīng)力施工及預(yù)應(yīng)力施加時間控制等方面同時入手，才能避免裂縫問題的發(fā)生。

1 工程概況

1.1 工程概述

卡塔爾綠洲酒店施工區(qū)域總建筑面積93 105m2，地下結(jié)構(gòu)三層，地上結(jié)構(gòu)十層，最大建筑高度39.8m,地下停車場區(qū)域最大單塊樓板施工面積超過3 000m2。單塊樓板結(jié)構(gòu)施工長度單邊長度超過60m（具體見圖1）。項目位于卡塔爾首都中心區(qū)域，屬熱帶沙漠氣候，常年炎熱干燥。每年4-10月為夏季，是一年中最長的季節(jié)。7-9月氣溫最高，可達(dá)50℃以上，地表溫度可達(dá)55℃以上。由于中東地區(qū)的高溫環(huán)境，如何控制大面積超長混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫，成為這類工程施工過程中首要解決的問題。

1.2 現(xiàn)存挑戰(zhàn)和工程現(xiàn)狀

卡塔爾地區(qū)房建工程中超大超長樓板結(jié)構(gòu)的應(yīng)用近年來越來越多，當(dāng)?shù)貧夂蜓谉幔募緯r間長，溫度在50℃以上時間居多。實際施工過程中，由于各個設(shè)計及施工環(huán)節(jié)與環(huán)境的關(guān)系處理不好，對混凝土質(zhì)量造成的影響極大，該問題也是在卡塔爾及中東地區(qū)國家該類型混凝土結(jié)構(gòu)施工中普遍存在的質(zhì)量問題，如何對該類問題進行有效控制一直是在該地區(qū)施工領(lǐng)域的難題，其中混凝土裂縫控制更是當(dāng)?shù)仉y題中的難題[1]。

本工程地下室頂板結(jié)構(gòu)最大塊樓板施工面積超過3 000m2,其他樓板單邊最大長度超過60m,該類樓板結(jié)構(gòu)數(shù)量大，按施工總體計劃大量結(jié)構(gòu)施工區(qū)段處于夏季高溫氣候時段。為應(yīng)對混凝土結(jié)構(gòu)裂縫等質(zhì)量問題，我們在混凝土配合比上選用低水化熱水泥，摻入粒化高爐礦渣粉替換水泥材料，結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用預(yù)應(yīng)力后張技術(shù)減小樓板厚度加強抗裂能力，在施工方法上優(yōu)化施工流程采用規(guī)范的施工控制措施以此應(yīng)對質(zhì)量問題。

2 預(yù)應(yīng)力后張樓板混凝土抗裂特性

在沙漠高溫環(huán)境下超長預(yù)應(yīng)力后張樓板混凝土施工過程中，必須考慮溫度和收縮形成的應(yīng)力，從結(jié)構(gòu)上而言，混凝土的收縮會隨著時間的推移而發(fā)生不同程度的變化，特別在結(jié)硬初期發(fā)展速度比較快，大約到2年后基本趨于穩(wěn)定。當(dāng)外界環(huán)境溫度發(fā)生變化時，也會形成溫度應(yīng)力。就案例工程而言，地處沙漠高溫環(huán)境下，樓板規(guī)模比較大，如果混凝土中的熱量得不到及時釋放，就會形成溫度裂縫[2]。

圖1 后張樓板施工分區(qū)圖

該地區(qū)常年處于高溫環(huán)境，溫度應(yīng)力對結(jié)構(gòu)變形造成的樓板裂縫影響較大。裂縫形成主要在混凝土施工過程中及結(jié)構(gòu)養(yǎng)護過程中，該過程受高溫天氣影響極易形成較大溫差造成混凝土結(jié)構(gòu)開裂，并造成混凝土質(zhì)量問題及缺陷。

3 裂縫形成的原因

混凝土裂縫形成的原因有很多，比如：混凝土配比不合理、原材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差過大、結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理等，都會引發(fā)不同程度的混凝土裂縫。當(dāng)混凝土澆筑完成后，水泥在水化過程中會發(fā)生物理收縮或者化學(xué)收縮，當(dāng)收縮力大于混凝土的實際抗拉強度時，就會發(fā)生裂縫。此外，當(dāng)外界的溫度、濕度等發(fā)生變化，在熱脹冷縮效應(yīng)的影響下，也會發(fā)生不同程度的裂縫。一般混凝土構(gòu)件裂縫的類型如下：

第一，收縮裂縫：混凝土在凝結(jié)硬化過程中，主要受混凝土的水灰比、水泥用量、骨料含泥量、骨料用量、外加劑摻量、凝結(jié)時間及環(huán)境溫度等的影響[3]。

第二，溫差裂縫：水泥在水化過程中，會釋放出大量的熱，如果這些熱量得不到及時釋放，就會聚集在混凝土內(nèi)，提升混凝土內(nèi)部溫度，但混凝土表面溫度比較低，就會形成溫度差，并在混凝土表面形成一定的拉應(yīng)力，此種壓力一旦超過混凝土的極限抗拉強度，就會形成裂縫。或者由于施工環(huán)境溫度發(fā)生急劇的變化，一般在1～2年后出現(xiàn)[4]。

第三，結(jié)構(gòu)裂縫：也是混凝土施工中常見的裂縫，雖然現(xiàn)澆樓板的承載力可大幅度滿足實際需求，但受到工程結(jié)構(gòu)體系的影響，整體剛度也在不斷提升，會在某些比較薄弱的位置形成不規(guī)則的結(jié)構(gòu)裂縫，比如墻體應(yīng)力集中裂縫，板面拉裂縫等。

第四，構(gòu)造裂縫：電線管通常情況下都按裝在樓板內(nèi)部，在混凝土澆筑過程中，在管線附近也會形成不同程度的薄弱層，在具體使用過程中，受外界因素的影響，會形成構(gòu)造裂縫，此種裂縫屬于典型的中期裂縫，一般出現(xiàn)在6個月以后[5]。

4 超長預(yù)應(yīng)力后張樓板的混凝土抗裂施工技術(shù)

4.1 嚴(yán)格控制施工環(huán)境溫度

施工環(huán)境溫度對混凝土溫差影響極大，尤其在混凝土澆筑期間及養(yǎng)護過程中表現(xiàn)更加明顯。施工過程中注意以下方面：施工時段盡量安排在夜間澆筑混凝土，爭取在次日8點前澆筑完成，如果混凝土體量過大應(yīng)考慮分區(qū)澆筑，保證澆筑時間盡可能處于夜間相對低溫環(huán)境下，保證混凝土內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)，加強混凝土測溫控制，實時監(jiān)控混凝土出機溫度，避免大溫差的產(chǎn)生形成裂縫[6]。具體施工見圖2。

圖2 夜間澆筑混凝土及溫度測控現(xiàn)場圖

4.2 科學(xué)開展混凝土振搗抹面養(yǎng)護

混凝土入模后處于松散狀態(tài)，不僅不能很好填滿模具，而且其強度和對鋼筋的握裹力都不能達(dá)到設(shè)計和使用要求。澆筑混凝土采用高頻振搗器。分層與布點合理，避免漏振與過振。使用插入式振動器進行搗實。振動頻率和時間以能使拌合物中所含空氣成分逸出為準(zhǔn)，達(dá)到表面平整，從而使強度等各種性能符合設(shè)計要求。振動器震動間距控制在30～40cm，插入深度約50mm，板面使用二次振搗工藝，20～30min后進行復(fù)振[7]。

抹面工作大量引入機械設(shè)備施工加快抹面效率壓縮初凝后與終凝前的抹面時間，保證了抹面工作的時效性。澆筑完畢后終凝前及時做好相應(yīng)的養(yǎng)護工作。保證混凝土表面處于濕潤狀態(tài)，保證早期強度增加，避免失水造成干縮開裂，使用麻袋片加薄膜覆蓋，保證混凝土14天內(nèi)處于飽水養(yǎng)護狀態(tài)。具體見圖3。

4.3 嚴(yán)格控制拌和水溫度

加強混凝土出機溫度測溫控制，拌和水摻入冰屑控制拌和水溫度，使混凝土出機溫度控制在25℃內(nèi)。實踐證明10公斤冰屑替代10公斤水可使混凝土出機溫度降低1℃。

圖3 飽水養(yǎng)護作業(yè)圖

4.4 提升水泥摻和料配比的合理性

選用低水化熱水泥摻入粒化高爐礦渣粉，以此降低混凝土前期水化溫升速度避免裂縫的產(chǎn)生，對比幾家混凝土供應(yīng)商的不同粒化高爐礦渣粉摻入比例發(fā)現(xiàn)，該成分的含量高低對裂縫開展影響極大，對比選用裂縫開展影響最小的混凝土供應(yīng)商，以此水泥摻和料配比為依據(jù)調(diào)整其他供應(yīng)商配比，同時加強混凝土坍落度檢測控制，避免裂縫產(chǎn)生因素[8]。

4.5 合理控制預(yù)應(yīng)力施工及預(yù)應(yīng)力施加時間

根據(jù)混凝土溫降曲線，預(yù)應(yīng)力的施加時間對裂縫的產(chǎn)生影響極大，以此依據(jù)制定兩階段張拉方案。根據(jù)混凝土實測強度，混凝土澆筑完成后24小時進行第一階段張拉，控制溫降裂縫產(chǎn)生，混凝土強度達(dá)到75%及時進行第二階段張拉及注漿工作，使樓板結(jié)構(gòu)與預(yù)應(yīng)力體系形成一體共同抵抗裂縫的產(chǎn)生[9]。預(yù)應(yīng)力施工控制措施中加強結(jié)構(gòu)受力薄弱部位分布筋布置（具體見圖4），預(yù)應(yīng)力管道加強定位的準(zhǔn)確性控制，及張拉端頭防開裂措施控制可防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生概率（具體見圖5）。

5 效果分析

對溫度應(yīng)力裂縫的控制由于預(yù)應(yīng)力施加時間的恰當(dāng)掌握，使前期及養(yǎng)護過程中的溫度應(yīng)力裂縫基本避免。同時混凝土早期干縮裂縫及離析裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展得到有效控制。使裂縫發(fā)生率極大降低；取得了明顯的效果，現(xiàn)場一次澆筑成活率極大提高。通過本項目施工中超長預(yù)應(yīng)力后張樓板的混凝土抗裂施工技術(shù)的應(yīng)用分析，對混凝土施工質(zhì)量控制有了新的認(rèn)識，對工藝原理有了全面的掌握，為提高工程質(zhì)量目標(biāo)奠定了堅實的基礎(chǔ)，并為企業(yè)開拓卡塔爾建筑市場方面做出了一定的貢獻(xiàn)。

圖4 加強結(jié)構(gòu)薄弱部位分布筋配置圖

圖5 精準(zhǔn)定位預(yù)應(yīng)力管道施加效果圖

6 結(jié)束語

綜上所述，本文結(jié)合工程實例，分析了沙漠高溫環(huán)境下超長預(yù)應(yīng)力后張樓板的混凝土抗裂施工技術(shù)，分析結(jié)果表明，裂縫是混凝土工程中常見的質(zhì)量問題，對工程施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等方面皆有非常嚴(yán)重的影響。因此，為最大限度降低裂縫對超長預(yù)應(yīng)力后張樓板的影響，在具體施工中可以從控制施工環(huán)境溫度、混凝土振搗抹面養(yǎng)護、拌和水溫度、水泥摻和料配比、預(yù)應(yīng)力施工及預(yù)應(yīng)力施加時間控制五個方面入手。